DE102021004233A1 - Leistungshalbleitermodul mit klemmvorrichtung - Google Patents

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Elvis Keli
Tomas Manuel Reiter
Anthony Thomas
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Ein Leistungshalbleitermodul weist Folgendes auf: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung, die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; und eine erste Sensorvorrichtung, die in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • In DC-AC-Wechselrichter-, DC/DC-Wandler- und AC-DC-Gleichrichter-Anwendungen verwendete Leistungshalbleitermodule weisen in der Regel einen Schaltungsträger auf, auf dem Halbleiter-Dies (Chips) wie beispielsweise Transistor- und/oder die Dioden-Dies angebacht sind. Der Schaltungsträger kann eine standardmäßige Leiterplatte (PCB), ein Leiterrahmen, ein keramisches Substrat oder ein ähnliches Teil sein. Mindestens eine Seite des Schaltungsträgers weist eine strukturierte elektrisch leitende Fläche auf, an der die Halbleiter-Dies durch Lot oder einen anderen Verbindungsprozess wie Sintern befestigt sind. Die gegenüberliegende Seite der Halbleiter-Dies ist mit einer zweiten elektrisch leitenden Struktur wie beispielsweise Bonddrähten, Metall-Clip usw. verbunden. Die Seite des Schaltungsträgers, auf der keine Dies montiert sind, ist an einem Kühlsystem befestigt.
  • Leistungshalbleitermodule werden durch direkte Fluidkühlung oder mit indirekter Kühlung gekühlt. Indirekt gekühlte Leistungsmodule sind über ein Wärmeübergangsmaterial an einem Kühlsystem befestigt. Dieses Wärmeübergangsmaterial füllt Hohlräume zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlsystem mit wärmeleitendem Material wie beispielsweise Wärmeleitpaste. Ein hoher mechanischer Druck von dem Schaltungsträger auf das Kühlsystem ist für die Funktion des Wärmeübergangs günstig. In der Regel ergibt ein höherer Druck einen geringeren thermischen Widerstand. Grenzen sind durch den mechanischen Aufbau und die Robustheit der einzelnen Elemente in dem gesamten Stapel bedingt.
  • In einigen Fällen wird eine metallische Bodenplatte verwendet, wobei der Schaltungsträger auf der Bodenplatte angebracht ist. Die metallische Bodenplatte kann eine konvexe Form bezüglich des Kühlsystems aufweisen. Wenn die Bodenplatte durch Schrauben an dem Kühlsystem fixiert ist, wird durch diese konvexe Vorformung der Bodenplatte ein definierter mechanischer Druck gewährleistet. Metallische Bodenplatten sind jedoch teuer. Des Weiteren werden komplexe und kostenintensive Prozesse zum Befestigen eines Schaltungsträgers an einer metallischen Bodenplatte verwendet. Zum Beispiel ist eine weite Lotfläche ohne Lücken erforderlich, und die Bodenplatte muss über die Lebensdauer des Moduls einer hohen mechanischen Spannung standhalten. Um die hohen Kosten von bodenplattenbasierten Leistungsmodulen zu überwinden, sind so genannte ‚bodenplattenlose‘ Leistungsmodulaufbauten verwendet worden. Bodenplattenlose Leistungsmodulaufbauten weisen in der Regel einen Deckel auf, um einen Teildruck orthogonal zu dem Schaltungsträger zu gewährleisten.
  • Somit besteht ein Bedarf an einer Leistungshalbleiter-Package-Technologie, die verschiedenen E/A-Pin-Anzahlen Rechnung trägt, ohne eine starke Zunahme der Package-Größe oder verschiedene Leiterrahmendesigns zu erfordern.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls umfasst das Leistungshalbleitermodul: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung, die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; und eine erste Sensorvorrichtung, die in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls umfasst das Leistungshalbleitermodul: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung, die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; wobei die Klemmvorrichtung ein Abdeckmittel und mehrere Pressglieder, die sich von dem Abdeckmittel in Richtung des Trägers erstrecken, umfasst, wobei jedes der Pressglieder gegen eines der Halbleiter-Dies presst, wobei eine Metall-Clip an einem der Halbleiter-Dies oder der ersten Seite des Trägers befestigt ist; Signalpins, die innerhalb des Leistungshalbeitermoduls zwischen dem Träger und dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingeschlossen sind, wobei die Signalpins dazu konfiguriert sind, Signalverbindungen mit den Halbleiter-Dies bereitzustellen; und eine Signalführungsstruktur, die in dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist, wobei die Signalpins mit der Signalführungsstruktur verbunden sind und daran enden, wobei die Signalführungsstruktur dazu konfiguriert ist, die Signalverbindungen zu einem Verbinder zu führen, der an einer dem Träger abgekehrten Seite des Abdeckmittels zugänglich ist.
  • Der Fachmann wird bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Durchsicht der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Elemente der Zeichnungen sind bezüglich einander nicht zwangsweise maßstäblich. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende gleiche Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können kombiniert werden, es sei denn, sie schließen einander aus. In den Zeichnungen sind Ausführungsformen gezeigt, die in der folgenden Beschreibung ausführlich beschrieben werden.
    • 1 stellt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 2 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 3 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 4 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 5 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 6 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 7 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
    • 8 stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Leistungshalbeitermoduls dar.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen stellen ein bodenplattenloses Leistungshalbleitermodul bereit, das einen Träger wie beispielsweise ein Substrat, eine PCB, einen Leiterrahmen usw. zur Aufnahme eines oder mehrerer Halbleiter-Dies, eine Klemmvorrichtung, die eine orthogonal zu dem Schaltungsträger verlaufende Klemmkraft zum Gewährleisten einer guten thermischen Verbindung von dem Träger zu einem Kühlsystem bereitstellt, und einen Sensor, der in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt ist, aufweist. Im Falle eines Temperatursensors kann ein Temperatursensor nahe den Halbleiter-Dies auf dem Schaltungsträger nützliche Informationen über Betriebsbedingungen liefern, und eine Steuereinheit kann das Leistungsmodul vor Überhitzung schützen, indem es die Verlustleistung reduziert (z. B. Begrenzung der Schaltfrequenz, Steuerung für niedrigere Ströme, Abschalten des Systems usw.). Andere Arten von Sensoren können in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt sein, wie beispielsweise ein Drucksensor, ein Kraftsensor und ein Stromsensor usw., aber nicht darauf beschränkt. Es können mehr als eine Sensorart in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt sein.
  • Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich, mindestens im Sensorbereich, mit einem Isoliermaterial wie beispielsweise einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, um eine galvanische Trennung des Sensors bezüglich der Schaltung auf dem Träger des Leistungsmoduls zu gewährleisten. Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich Metall-Clipn/-federn implementieren, um im Vergleich zu Kunststoffmaterial höhere Kräfte bzw. einen höheren Druck bereitzustellen. Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich durch eine Kombination von Materialien realisiert sein. Einige Klemmpunkte/-flächen können mit Metall-Clipn/-federn hergestellt sein, und andere, insbesondere wo die Sensoren positioniert sind, können aus Kunststoffmaterial hergestellt sein. Das Material der Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit für zusätzliche Wärmeübertragung von der Oberseite der in dem Leistungsmodul enthaltenen Dies zu einer Wärmesenke sein. Jeder in der Klemmvorrichtung eingebettete oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigte Sensor kann getrennt oder zusätzlich ohne galvanische Trennung bezüglich des Schaltungsträgers implementiert sein. Dies kann ein Vorteil sein, wenn ein Sensor Potenzial von dem Schaltungsträger benötigt.
  • Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich dazu realisiert sein, eine Klemmkraft direkt zu den am Schaltungsträger montierten Halbleiter-Dies zu liefern, z. B. wenn statt Bonddrähten Metall-Clipn verwendet werden.
  • Ein in der Klemmvorrichtung eingebetteter oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigter Sensor kann separat oder zusätzlich mit Sensorpins verbunden sein, die direkt in der Klemmvorrichtung implementiert sein können. Die Sensorpins können separat oder zusätzlich als Einpresspins implementiert sein, da die Klemmvorrichtung an sich dazu konstruiert ist, orthogonal zu dem Schaltungsträger verlaufende Kräfte aufzunehmen. Während des Einpressens ist die Klemmkraft etwas höher als bei Normalbetrieb über die Anwendungslebensdauer. Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich auch einen oder mehrere Signalpins für die Leistungsmodul-Dies (z. B. Gate, Emitter, Kollektor usw.) implementieren. Die Signalpins können auch Einpresspins sein. Auf dem Trägersubstrat können dort Niete platziert sein, wo Einpresspins in der Klemmvorrichtung implementiert sind an der Leistungsmodulproduktionsstätte eingepresst werden. Die andere Seite der Einpresspins kann dort in eine Leiterplatte eingepresst sein, wo eine Gate-Ansteuerungs- und -steuerlogik implementiert sein kann. Die Klemmvorrichtung kann alle Sensor- und Signalpins des Leistungsmoduls implementieren. Die Signal- und Sensorpins können separat oder zusätzlich Einpresspins sein, sondern können stattdessen Federn, Lötpins oder eine andere Verbindungstechnologie oder eine beliebige Kombination daraus sein.
  • Ein in der Klemmvorrichtung eingebetteter oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigter Sensor kann separat oder zusätzlich ein Wärmesensor zum Überwachen der Temperatur des Schaltungsträgers sein, die mit der Temperatur des Kühlsystems und der Die-Temperaturen korreliert. Der Wärmesensor kann zum Beispiel ein(e) NTC(negative temperature coefficient - negativer Temperaturwiderstand)- oder PTC(positive temperature coefficient - positiver Temperaturkoeffizient)-Widerstand, Diode, IR(Infrarot)- oder anderer Temperatursensor sein.
  • Ein in der Klemmvorrichtung eingebetteter oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigter Sensor kann separat oder zusätzlich ein Druck-/Kraftsensor zum Überwachen der Klemmkraft der Klemmvorrichtung sein.
  • Ein in der Klemmvorrichtung eingebetteter oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigter Sensor kann separat oder zusätzlich ein Magnetsensor zum Überwachen von Strömen auf dem Schaltungsträger sein.
  • Ein in der Klemmvorrichtung eingebetteter oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigter Sensor kann separat oder zusätzlich ein kombinierter Temperatur- , Druck-, Kraft- und/oder Stromsensor sein.
  • Ein in der Klemmvorrichtung eingebetteter oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigter Sensor kann separat oder zusätzlich auf einem Schaltungsträger wie beispielsweise einer Leiterplatte implementiert sein.
  • Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich dazu realisiert sein, mehrere Druckpunkte/-flächen mit dem Schaltungsträger aufzuweisen, und es kann mehr als eine Sensorposition realisiert sein.
  • Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich dort eine Signalschicht implementieren, wo die Steuer- und Sensorsignale z. B. zu einem Verbinder mit einer oder mehreren Seiten des Leistungsmoduls geführt werden. Die Klemmvorrichtung kann eine Leiterplatte aufweisen. Solch eine Leiterplatte kann vollständig oder teilweise in die Klemmvorrichtung eingeformt sein.
  • Die Klemmvorrichtung kann separat oder zusätzlich und unabhängig davon, ob ein Sensor in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt ist, eine Signalführungsstruktur zum Führen von Signalverbindungen zu einem Verbinder, der an einer dem Träger abgekehrten Seite der Klemmvorrichtung zugänglich ist, aufweisen.
  • Die hier beschriebenen Leistungshalbleitermodulausführungsformen gestatten, dass ein thermischer Sensor in den Träger gepresst wird, da die Klemmvorrichtung die Funktion hat, den Schaltungsträger des Moduls an ein Kühlsystem zu klemmen. Der Wärmesensor kann daher immer eine definierte thermische Kopplung mit bestimmten Teilen auf dem Schaltungsträger haben. Der Sensor kann sehr nahe an den Halbleiter-Dies positioniert sein, um eine hohe thermische Kopplung bereitzustellen. Wo erforderlich, z. B. an den aktiven Dies, kann ein Druck angelegt und überwacht werden. Nicht jeder Sensor erfordert Platz auf dem teuren Schaltungsträger. Jeder Sensor kann leicht galvanisch getrennt werden, da die Sensoren nicht auf dem Schaltungsträger implementiert sind. Jeder Sensor kann ein Druck-/Kraftsensor zum Überwachen der Klemmfunktion der Klemmvorrichtung sein, falls eine Klemmkraft beeinträchtigt wird, wird die thermische Verbindung des Schaltungsträgers mit dem Kühlsystem beeinträchtigt, und es kann eine Leistungsminderung erforderlich sein, um eine Überhitzung zu vermeiden. Es kann verschiedenen Sensorpositionen Rechnung getragen werden, z. B. nahe den Halbleiter-Dies zum Überwachen der Chiptemperatur, weit entfernt von dem Sensor, um mehr die Kühltemperatur zu überwachen, usw. Der Schaltungsträger, z. B. für einen B6-(3-Phasen-) Brückengleichrichter, kann drei gleiche Halbbrückenteile aufweisen, und die Klemmvorrichtung kann mit drei oder mehr Sensoren realisiert sein. Ertragsverlust von dem Schaltungsträger mit Dies und der Klemmvorrichtung mit Sensoren kann entkoppelt werden, da jedes Teil einzeln vorher getestet werden kann. Es ist auch ein modulares Leistungsmodul möglich. Gleiche Träger und Dies können mit verschiedenen Klemmvorrichtungen und Sensoren kombiniert werden. Sicherheitskritische Anwendungen können Sensoren nutzen, während kostengünstige Anwendungen die Kosten von Sensoren vermeiden können, aber es kann die gleiche Die- /Trägerfertigungsstraße für beide Arten von Anwendungen verwendet werden. Es können gleiche Träger und Dies, z. B. in einer Halbbrückenkonfiguration, verwendet werden, und verschiedene Varianten der Klemmvorrichtung können eine B6- oder B12-Brücke, eine Halbbrücke mit n parallelen Halbbrücken; eine B6-Brücke mit n parallelen Halbbrücken usw. bilden. Die Klemmvorrichtung kann die Signalführung implementieren.
  • Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele von Leistungshalbleitermodulen beschrieben.
  • 1 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 100 dar. Das Leistungshalbeitermodul 100 weist einen Träger 102 wie beispielsweise eine Platine wie eine PCB (Leiterplatte), einen Leiterrahmen, ein DBC-Substrat (DBC - Direct Bonded Copper), ein AMB-Substrat (AMB - Active Metal Brazed), ein IMS (Insulated Metal Substrate) usw. auf. Bei einem DBC-Substrat kann der Träger 102 zum Beispiel eine Kupferfolie 104 aufweisen, die mit einer oder beiden Seiten einer keramischen Basis 106 verbunden ist. Jede Kupferfolie 104 kann strukturiert oder unstrukturiert sein. Zum Beispiel kann die untere Kupferfolie 104 unstrukturiert sein, und die obere Kupferfolie 104 kann strukturiert sein.
  • Das Leistungshalbeitermodul 100 weist ferner mehrere Halbleiter-Dies 108 auf, die durch ein Die-Befestigungsmaterial 112 wie beispielsweise Lot an einer ersten Seite 110 des Trägers 102 befestigt sind und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden. Der Träger 102, z. B. die strukturierte obere Kupferfolie 104, die in 1 gezeigt ist, kann Teil der elektrischen Verbindungen zwischen den Halbleiter-Dies 108 bilden. Es können zusätzliche Verbinder 114 wie beispielsweise Metall-Clipn, Drahtbonds, Drahtbänder usw. verwendet werden, um die elektrischen Verbindungen zwischen den Halbleiter-Dies 108 in dem Package 100 herzustellen. Die Halbleiter-Dies 108 können zum Beispiel Leistungstransistoren und/oder Leistungsdioden aufweisen und können in einer Halbbrücken- oder Vollbrückenkonfiguration elektrisch verbunden sein. In diesem Beispiel ist das Leistungshalbleitermodul 100 als ein Leistungsgleichrichtermodul konfiguriert. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Die Halbleiter-Dies 108 können elektrisch mit dem Leistungshalbleitermodul 100 verbunden sein, um eine beliebige Art von Schaltung oder Teil einer Schaltung zu bilden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 weist ferner eine Kühlvorrichtung 116 an einer zweiten Seite 118 des Trägers 102 gegenüber der ersten Seite 110 auf. Die Kühlvorrichtung 116 leitet durch die Halbleiter-Dies 108 während des Betriebs erzeugte Wärmeenergie ab. Die Kühlvorrichtung 116 kann passive oder aktive Kühlung bereitstellen. Bei aktiver Kühlung wird Luft oder ein flüssiges Kühlmittel über eine dem Träger 102 abgekehrte Oberfläche der Kühlvorrichtung 116 gedrückt.
  • Die Kühlvorrichtung 116 kann den Träger 102 berühren, oder es kann ein Wärmeübergangsmaterial 120 zwischen dem Träger 102 und der Kühlvorrichtung 116 angeordnet sein. Das Wärmeübergangsmaterial 120 kann eine Wärmeleitpaste, ein Gap-Pad, ein Phasenwechselmaterial usw. beinhalten. Falls der Träger 102 als ein DBC-Substrat implementiert ist, ist die untere Metallisierung 104 des Trägers 102 mit der Kühlvorrichtung 116 in thermischem Kontakt. Wie oben erläutert wurde, kann zwischen der unteren Metallisierung 104 des Trägers 102 und der Kühlvorrichtung 116 ein Wärmeübergangsmaterial 120 angeordnet sein, oder die untere Metallisierung 104 des Trägers 102 kann die Kühlvorrichtung 116 berühren.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 weist ferner eine Klemmvorrichtung 122 auf, die durch Befestigungselemente 124 wie beispielsweise einfache Schrauben, Durchsteckschrauben usw. an der Kühlvorrichtung 116 befestigt ist. Die Klemmvorrichtung 122 presst den Träger 102 zu der Kühlvorrichtung 116, so dass die zweite Seite 118 des Trägers 102 mit der Kühlvorrichtung 116 in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger 102 und der Kühlvorrichtung 116 aufzuweisen. Wie oben erläutert wurde, kann jedoch ein Wärmeübergangsmaterial 120 zwischen dem Träger 102 und der Kühlvorrichtung 116 angeordnet sein.
  • Eine erste Sensorvorrichtung 126 ist in der Klemmvorrichtung 122 eingebettet oder an einer Innenfläche 128 der Klemmvorrichtung 122 befestigt. Die erste Sensorvorrichtung 126 weist ein Sensor-Die 127 auf, das dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere Erfassungsfunktionen wie beispielsweise Temperaturerfassung, Druckerfassung, Krafterfassung und Stromerfassung, aber nicht darauf beschränkt, durchzuführen.
  • Bei der Erfassung von durch die Klemmvorrichtung 122 angelegtem bzw. angelegter Druck / Dehnung kann das Sensor-Die 127 einen MEMS-Sensor (MEMS-Microelectromechanical System), einen piezoelektrischen Sensor usw. aufweisen. Das Wärmeübergangsmaterial 120 kann bewirken, dass die Klemmvorrichtung 122 an Kraft verliert. Wenn die Klemmvorrichtung 122 aus einer Formmasse gebildet ist, kann Kunststoffmaterial bei hoher Temperatur beeinträchtigt werden und daher an Kraft verlieren. In jedem Fall könnte ein Drucksensor eine Änderung des bzw. der durch die Klemmvorrichtung 122 angelegten Drucks / Kraft detektieren. Der Drucksensor kann sich direkt über einem Halbleiter-Die 108 oder dem Träger 102 befinden.
  • Bei der Erfassung von Temperatur kann das Sensor-Die 127 einen NTC(Negative Temperature Coefficient)- oder PTC(Positive Temperature Coefficient)-Sensor aufweisen. Der Temperatursensor kann sich in unmittelbarer Nähe eines Halbleiter-Dies befinden.
  • Bei der Erfassung von Strom kann das Sensor-Die 127 einen Magnetsensor wie beispielsweise einen Hall-Sensor aufweisen. Hall-Sensoren können Wechsel- oder Gleichströme messen. Ein thermischer Sensor kann mit einer Nachschlagetabelle enthalten sein, um den Stromsensor (z. B. Hall-Sensor) basierend auf der Temperatur einzustellen.
  • Bei einer kombinierten Erfassung kann das Sensor-Die 127 sowohl Temperatur als auch Dehnung erfassen. Temperaturerfassung gestattet eine Kalibrierung eines Dehnungssensors. Beide Sensoren können in dem gleichen Die 127 integriert sein, z. B. können beide Sensoren Si(Silicium)-Sensoren sein. Die Sensoren können jedoch stattdessen auf verschiedenen Dies vorgesehen sein, z. B. ein Si-Temperatursensor und ein piezoelektrischer Dehnungssensor.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Klemmvorrichtung 122 eine Formmasse, und die erste Sensorvorrichtung 126 ist in der Formmasse eingebettet. Zum Beispiel kann die erste Sensorvorrichtung 126 durch eine Formmasse angeformt sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die erste Sensorvorrichtung 126 in einem in der Formmasse ausgebildeten Hohlraum angeordnet sein.
  • Die Klemmvorrichtung 122 kann aus einem anderen Material als die Formmasse oder Kombinationen von Materialien gebildet sein. Zum Beispiel kann die Klemmvorrichtung 122 teilweise ein elektrisch isolierendes Material wie beispielsweise eine Formmasse und teilweise ein elektrisch leitendes Material wie beispielsweise Metallfedern usw. umfassen.
  • Es können mehr als eine Sensorvorrichtung 126 in der Klemmvorrichtung 122 eingebettet oder an der Innenfläche 128 der Klemmvorrichtung 122 befestigt sein, und die Sensoren 126 können gleicher oder verschiedener Art sein. Es können zum Beispiel Temperatur- und/oder Druck- und/oder Kraft- und/oder Stromsensorvorrichtungen in der Klemmvorrichtung 122 eingebettet oder an der Innenfläche 128 der Klemmvorrichtung 122 befestigt sein, oder die erste Sensorvorrichtung 126 kann in der Lage sein, mehr als einen Parameter (z. B. zwei oder mehr von Temperatur, Druck, Kraft und Strom) zu erfassen. Bei mehr als einer Sensorvorrichtung kann jede zusätzliche Sensorvorrichtung in einem anderen Teil der Klemmvorrichtung 122 als die erste Sensorvorrichtung 126 eingebettet oder daran befestigt sein.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Klemmvorrichtung 122 ein Abdeckmittel 130 und Pressglieder 132, die sich von dem Abdeckmittel 130 in Richtung des Trägers 102 erstrecken. Die Pressglieder 132 sind vertikale Glieder der Klemmvorrichtung 122, während das Abdeckmittel 130 ein horizontales Glied ist, das über den vertikalen Pressgliedern 132 in einer gemeinsamen Ebene liegt und diese verbindet. Jedes Pressglied 132 presst gegen ein Halbleiter-Die 108, eine (in 1 nicht gezeigte) Metall-Clip, die an einem Halbleiter-Die 108 befestigt ist, oder die erste Seite 110 des Trägers 102. Wie in 1 gezeigt ist, kann die erste Sensorvorrichtung 126 in einem der Pressglieder 132 eingebettet oder daran befestigt sein.
  • Die erste Sensorvorrichtung 126 kann ein elektrisches Potenzial von dem Träger 102 empfangen. Bei anderen Ausführungsformen ist die erste Sensorvorrichtung 126 z. B. durch die Klemmvorrichtung 122 von dem Träger 102 galvanisch getrennt.
  • Die erste Sensorvorrichtung 126 kann Anschlüsse 134 aufweisen, die sich in einer von dem Träger 102 weg verlaufenden Richtung durch die Klemmvorrichtung 122 erstrecken. Die Sensoranschlüsse 134 können direkt an dem Sensor-Die 127 befestigt sein, oder stattdessen kann die Sensorvorrichtung 126 eine Durchgangslochkomponente zum Einführen in einem Kunststoffteil sein. Zum Beispiel kann die erste Sensorvorrichtung 126 eine Durchgangslochkomponente sein, und die Sensoranschlüsse 134 stellen Verbindungen für die Durchgangslochkomponente bereit, die durch die Klemmvorrichtung 122 hervorragen. Der Träger 102 kann Signal- und Leistungsanschlüsse 136 aufweisen, die sich ebenfalls durch die Klemmvorrichtung 122 in einer von dem Träger 102 weg weisenden Richtung erstrecken. Die Anschlüsse 134, 136 können in entsprechende Presspassungsaufnahmen 138 einer Platine 140 wie beispielsweise einer PCB eingeführt werden. Die Platine 140 kann eine (in 1 nicht gezeigte) Schaltungsanordnung zum Steuern der in dem Leistungshalbleitermodul 100 enthaltenen Halbleiter-Dies 108 aufweisen.
  • 2 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 200 dar. Die in 2 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 1 gezeigten Ausführungsform. Jedoch ist die erste Sensorvorrichtung 126 im Unterschied an der Innenfläche 128 der Klemmvorrichtung 122 befestigt, anstatt in der Klemmvorrichtung 122 eingebettet zu sein. Die erste Sensorvorrichtung 126 kann durch ein Klebeband, Klebstoff usw. an der Innenfläche 128 der Klemmvorrichtung 122 befestigt sein.
  • 3 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 300 dar. Die in 3 gezeigte Ausführungsform ähnelt den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen. Jedoch ist die erste Sensorvorrichtung 126 im Unterschied an einer dem Träger 102 zugekehrten Oberfläche 302 eines der Pressglieder 132 der Klemmvorrichtung 122 befestigt. Die erste Sensorvorrichtung 126 kann durch den durch die Klemmvorrichtung 122 ausgeübten Druck in Position gehalten werden. Die erste Sensorvorrichtung 126 kann an der Unterseite 302 des entsprechenden Pressglieds 132 und/oder der ersten Seite 110 des Trägers 102 befestigt sein. Die elektrischen Verbindungen mit der ersten Sensorvorrichtung 126 befinden sich außerhalb der Ansicht von 3. Wie oben erläutert wurde, kann die erste Sensorvorrichtung 126 mit dem Träger 102 elektrisch verbunden sein oder von dem Träger 102 elektrisch isoliert sein.
  • 4 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 400 dar. Die in 4 gezeigte Ausführungsform ähnelt den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen. Es werden jedoch im Unterschied Metall-Clipn 402 verwendet, um elektrische Verbindungen zwischen einem oder mehreren Anschlüssen an der Oberseite der Halbleiter-Dies 108 und dem Träger 102 bereitzustellen. Die Metall-Clipn 402 können über ein Die-Befestigungsmaterial 404 wie beispielsweise Lot an der Oberseite der Halbleiter-Dies 108 und am Träger 102 befestigt sein. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform pressen die Pressglieder 132 der Klemmvorrichtung 122 gegen eine entsprechende der an einem jeweiligen Halbleiter-Die 108 befestigten Metall-Clipn. Wie hier zuvor erläutert wurde, kann das Leistungshalbleitermodul 400 auch mindestens eine zusätzliche Sensorvorrichtung 406 aufweisen, die in einem anderen Teil der Klemmvorrichtung 122 als die erste Sensorvorrichtung 126 eingebettet oder daran befestigt ist. Jede zusätzliche Sensorvorrichtung 406 weist einen Sensor-Die 408 auf, das dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere Erfassungsfunktionen wie beispielsweise Temperaturerfassung, Druckerfassung, Krafterfassung und Stromerfassung, aber nicht darauf beschränkt, durchzuführen. Jede zusätzliche Sensorvorrichtung 406 kann Anschlüsse 410 aufweisen, die sich in einer von dem Träger 102 weg weisenden Richtung durch die Klemmvorrichtung 122 erstrecken und die in entsprechende Presspassungsaufnahmen 138 einer Platine 140 eingeführt werden.
  • 5 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 500 dar. Die in 5 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 4 gezeigten Ausführungsform. Mindestens eine Sensorvorrichtung 406 weist jedoch im Unterschied ein Sensor-Die 502 auf, das dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere Erfassungsfunktionen wie beispielsweise Temperaturerfassung, Druckerfassung, Krafterfassung und Stromerfassung, aber nicht darauf beschränkt, durchzuführen. Das Sensor-Die 502 ist an einer Platine 504 der Sensorvorrichtung 406 wie beispielsweise einer PCB befestigt. Die Anschlüsse 408 der Sensorvorrichtung 502 sind an einem ersten Ende 506 an der Platine 504 befestigt und ragen an einem dem ersten Ende 506 gegenüberliegenden zweiten Ende 508 durch die Klemmvorrichtung 122 hervor.
  • 6 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 600 dar. Die in 6 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 4 gezeigten Ausführungsform. Jedoch sind im Unterschied mindestens die sich von dem Träger 102 erstreckenden Signalpins 136 zwischen dem Träger 102 und dem Abdeckmittel 130 der Klemmvorrichtung 122 in dem Leistungshalbleitermodul 600 eingeschlossen, wobei die Signalpins 136 dazu konfiguriert sind, Signalverbindungen mit Halbleiter-Dies 108 und/oder der bzw. den Sensorvorrichtung(en) 126, 406 bereitzustellen.
  • Das Leistungshalbleitermodul 600 weist ferner eine Signalführungsstruktur 602 auf, die in dem Abdeckmittel 130 der Klemmvorrichtung 122 eingebettet oder daran befestigt ist. Die Signalführungsstruktur 602 stellt Signalführung in dem Leistungshalbleitermodul 600 bereit. Die sich von dem Träger 102 erstreckenden Signalpins 136 sind mit der Signalführungsstruktur 602 verbunden und enden dort. Bei einer Ausführungsform ist die Signalführungsstruktur 602 eine Platine wie beispielsweise eine PCB. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Signalführungsstruktur 602 durch Metallflächen wie beispielsweise Cu-Flächen, die in einem Kunststoffmaterial wie beispielsweise einer Formmasse angeformt sind, gebildet.
  • Die sich von dem Träger 102 erstreckenden Signalpins 136 können an dem gegenüberliegenden Ende vom Träger 102 in die Signalführungsstruktur 602 eingepresst sein. Es können andere Arten von Verbindungen zwischen den Signalpins 136 und der Signalführungsstruktur 602 verwendet werden, wie beispielsweise Federn, Lötkugeln/- höcker, Pins, Cu-Säulen usw., aber nicht darauf beschränkt. Die Signalführungsstruktur 602 kann auch Leistungsverbindungen wie beispielsweise eine oder mehrere Versorgungsspannungen, Masse usw. für die in dem Leistungshalbleitermodul 600 enthaltenen Halbleiter-Dies 108 führen.
  • Gemäß der in 6 dargestellten Ausführungsform stehen die sich von dem Träger 102 erstreckenden Signalpins 136 nicht außerhalb der Klemmvorrichtung 122 hervor. Stattdessen führt die Signalführungsstruktur 602 die Signal- (und möglicherweise Leistungs-)Verbindungen zu einem Verbinder 604, der an einer dem Träger 102 abgekehrten Seite 606 des Abdeckmittels 130 der Klemmvorrichtung 122 von außen zugänglich ist. Der Verbinder 604 ist dazu konfiguriert, an ein anderes System 606 wie beispielsweise eine Platine, ein anderes Leistungshalbleitermodul usw. anzukoppeln. Der Verbinder 604 vereinigt Signale in das und aus dem Leistungshalbleitermodul 600 über die Signalführungsstruktur 602.
  • 7 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 700 dar. Die in 7 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 6 gezeigten Ausführungsform. Es sind jedoch im Unterschied keine Sensorvorrichtungen in dem Leistungshalbleitermodul 700 enthalten. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Leistungshalbleitermodul 700 den Träger 102, die Halbleiter-Dies 108, die an der ersten Seite 110 des Trägers 102 befestigt sind und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder Teil einer Schaltung zu bilden, die Kühlvorrichtung 116 an der zweiten Seite 118 des Trägers 102, die Klemmvorrichtung 122, die an der Kühlvorrichtung 116 befestigt ist und den Träger 102 zu der Kühlvorrichtung 116 presst, Signal- und wahlweise Leistungspins 136, die zwischen dem Träger 102 und dem Abdeckmittel 130 der Klemmvorrichtung 122 in dem Leistungshalbleitermodul 700 eingeschlossen sind, und die Signalführungsstruktur 602, die in dem Abdeckmittel 130 der Klemmvorrichtung 122 eingebettet oder daran befestigt ist, auf. Die Signal- (und möglicherweise Leistungs-)Pins 136 sind mit der Signalführungsstruktur 602 verbunden und enden daran, und die Signalführungsstruktur 602 führt die Signal- (und möglicherweise Leistungs-)Verbindungen zu dem Verbinder 604, der an der dem Träger 102 abgekehrten Seite 606 des Abdeckmittels 130 der Klemmvorrichtung 122 zugänglich ist, wie hier zuvor erläutert wurde. Der Träger 102 ist mit der Kühlvorrichtung 116 in thermischem Kontakt, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger 102 und der Kühlvorrichtung 116 aufzuweisen, wie auch zuvor hier erläutert wurde, und jedes Pressglied 132 der Klemmvorrichtung 122 presst gegen ein jeweiliges Halbleiter-Die 108, eine entsprechende Metall-Clip 402 oder die erste Seite 110 des Trägers 102.
  • 8 stellt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 800 dar. Die in 8 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 5 gezeigten Ausführungsform. Die Klemmvorrichtung 122 weist jedoch im Unterschied außerdem eine oder mehrere Druckfedern 802 neben den Pressgliedern 132 der Klemmvorrichtung 122 auf. Die Druckfedern 802 gewährleisten eine(n) stabile(n) Kraft/Druck auf den Träger 102 über die Anwendungslebensdauer. Eine oder mehrere der Sensorvorrichtungen 126, 406 kann in der Klemmvorrichtung 122 galvanisch getrennt sein. Es kann ein hochelastisches Wärmeübergangsmaterial 804 vorgesehen sein, um eine gute thermische Verbindung mit einem Temperatursensor 408 in der Klemmvorrichtung 122 zu gewährleisten. Wenn eine Sensorvorrichtung 126 an der Unterseite eines Pressglieds 132 der Klemmvorrichtung freiliegt, wie in 8 auf der rechten Seite gezeigt ist, kann ein Wärmeübergangsmaterial 806 mit guten elektrischen Isoliereigenschaften vorgesehen werden, um eine gute galvanische Trennung von dem Träger 102 zu gewährleisten. Wie hier zuvor erläutert wurde und in Abhängigkeit von der Art der Sensorvorrichtung können jedoch eine oder mehrere der Sensorvorrichtungen 126, 408 mit dem Träger 102 in elektrischem Kontakt sein.
  • Obgleich die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist, zeigen die folgenden nummerierten Beispiele einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung auf.
  • Beispiel 1. Ein Leistungshalbleitermodul, das Leistungshalbleitermodul umfasst: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung, die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; und eine erste Sensorvorrichtung, die in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt ist.
  • Beispiel 2. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 1, wobei der Träger ein direkt gebondetes Kupfersubstrat (DBC-Substrat) ist, das eine keramische Basis, eine erste Metallisierung an einer ersten Seite der keramischen Basis und eine zweite Metallisierung an einer zweiten Seite der keramische Basis gegenüber der ersten Seite der keramischen Basis umfasst, wobei die Halbleiter-Dies an der ersten Metallisierung des DBC-Substrats befestigt sind und wobei die zweite Metallisierung des DBC-Substrats mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist.
  • Beispiel 3. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 1 oder 2, wobei die Klemmvorrichtung eine Formmasse umfasst und wobei die erste Sensorvorrichtung in der Formmasse eingebettet ist.
  • Beispiel 4. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 3, wobei die erste Sensorvorrichtung durch die Formmasse angeformt ist.
  • Beispiel 5. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 3, wobei die erste Sensorvorrichtung in einem in der Formmasse ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist.
  • Beispiel 6. Das Leistungshalbleitermodul von einem der Beispiele 1 bis 5, wobei die Klemmvorrichtung ein Abdeckmittel und mehrere Pressglieder, die sich von dem Abdeckmittel in einer zu dem Träger verlaufenden Richtung erstrecken, umfasst, wobei jedes der Pressglieder gegen eines der Halbleiter-Dies presst, wobei eine Metall-Clip an einem der Halbleiter-Dies oder der ersten Seite des Trägers befestigt ist und wobei die erste Sensorvorrichtung in einem der Pressglieder eingebettet oder daran befestigt ist.
  • Beispiel 7. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 6, wobei die erste Sensorvorrichtung an einer dem Träger zugekehrten Oberfläche eines der Pressglieder befestigt ist.
  • Beispiel 8. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 6 oder 7, wobei die Klemmvorrichtung ferner eine oder mehrere Druckfedern neben den Pressgliedern umfasst.
  • Beispiel 9. Das Leistungshalbleitermodul von einem der Beispiele 6 bis 8, ferner umfassend: Signalpins, die innerhalb des Leistungshalbeitermoduls zwischen dem Träger und dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingeschlossen sind, wobei die Signalpins dazu konfiguriert sind, Signalverbindungen mit den Halbleiter-Dies und/oder der ersten Sensorvorrichtung bereitzustellen; und eine Signalführungsstruktur, die in dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist, wobei die Signalpins mit der Signalführungsstruktur verbunden sind und daran enden, wobei die Signalführungsstruktur dazu konfiguriert ist, die Signalverbindungen zu einem Verbinder zu führen, der an einer dem Träger abgekehrten Seite des Abdeckmittels zugänglich ist.
  • Beispiel 10. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 9, wobei die Signalführungsstruktur eine Platine ist.
  • Beispiel 11. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 9 oder 10, wobei die Signalpins in die Signalführungsstruktur eingepresst sind.
  • Beispiel 12. Das Leistungshalbleitermodul von einem der Beispiele 1 bis 11, wobei die erste Sensorvorrichtung Anschlüsse umfasst, die sich in einer von dem Träger weg verlaufenden Richtung durch die Klemmvorrichtung erstrecken.
  • Beispiel 13. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 12, wobei die erste Sensorvorrichtung ein Sensor-Die umfasst, das an einer Platine befestigt ist, und wobei die Anschlüsse an einem ersten Ende an der Platine befestigt sind und an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende durch die Klemmvorrichtung hervorragen.
  • Beispiel 14. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 12, wobei die erste Sensorvorrichtung eine Durchgangslochkomponente ist und wobei die Anschlüsse Verbindungen für die Durchgangslochkomponente bereitstellen, die durch die Klemmvorrichtung hervorragen.
  • Beispiel 15. Das Leistungshalbleitermodul von einem der Beispiele 1 bis 14, wobei die erste Sensorvorrichtung dazu konfiguriert ist, mindestens eines von Temperatur, Druck, Kraft und Strom zu erfassen.
  • Beispiel 16. Das Leistungshalbleitermodul von einem der Beispiele 1 bis 15, ferner umfassend eine zweite Sensorvorrichtung, die in einem anderen Teil der Klemmvorrichtung als die erste Sensorvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist.
  • Beispiel 17. Das Leistungshalbleitermodul von einem der Beispiele 1 bis 16, wobei die erste Sensorvorrichtung ein elektrisches Potenzial von dem Träger empfängt.
  • Beispiel 18. Ein Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; wobei die Klemmvorrichtung ein Abdeckmittel und mehrere Pressglieder, die sich von dem Abdeckmittel in Richtung des Trägers erstrecken, umfasst, wobei jedes der Pressglieder gegen eines der Halbleiter-Dies presst, wobei eine Metall-Clip an eines der Halbleiter-Dies oder der ersten Seite des Trägers befestigt ist; Signalpins, die innerhalb des Leistungshalbeitermoduls zwischen dem Träger und dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingeschlossen sind, wobei die Signalpins dazu konfiguriert sind, Signalverbindungen mit den Halbleiter-Dies bereitzustellen; und eine Signalführungsstruktur, die in dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist, wobei die Signalpins mit der Signalführungsstruktur verbunden sind und daran enden, wobei die Signalführungsstruktur dazu konfiguriert ist, die Signalverbindungen zu einem Verbinder zu führen, der an einer dem Träger abgekehrten Seite des Abdeckmittels zugänglich ist.
  • Beispiel 19. Das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 18, wobei die Signalführungsstruktur eine Platine ist.
  • Beispiel 20. Das Leistungshalbleitermodul vom Beispiel 18 oder 19, wobei die Signalpins in die Signalführungsstruktur eingepresst sind.
  • Begriffe wie beispielsweise „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und dergleichen werden zum Beschreiben verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. verwendet und sollen auch nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel „ein/e/r/es“ und „der/die/das“ sollen den Plural sowie den Singular einschließen, es sei denn der Kontext gibt deutlich etwas Anderes an.
  • Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, es sei denn, es ist speziell etwas Anderes angegeben.
  • Obgleich hier bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, versteht sich für den Durchschnittsfachmann, dass die gezeigten und beschriebenen bestimmten Ausführungsformen durch verschiedenste alternative und/oder äquivalente Implementierungen ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der bestimmten Ausführungsformen, die hier besprochen werden, abdecken. Daher soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente eingeschränkt werden.

Claims (20)

  1. Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung, die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; und eine erste Sensorvorrichtung, die in der Klemmvorrichtung eingebettet oder an einer Innenfläche der Klemmvorrichtung befestigt ist.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Träger ein direkt gebondetes Kupfersubstrat (DBC-Substrat) ist, das eine keramische Basis, eine erste Metallisierung an einer ersten Seite der keramischen Basis und eine zweite Metallisierung an einer zweiten Seite der keramischen Basis gegenüber der ersten Seite der keramischen Basis umfasst, wobei die Halbleiter-Dies an der ersten Metallisierung des DBC-Substrats befestigt sind und wobei die zweite Metallisierung des DBC-Substrats mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Klemmvorrichtung eine Formmasse umfasst und wobei die erste Sensorvorrichtung in der Formmasse eingebettet ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei die erste Sensorvorrichtung durch die Formmasse angeformt ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei die erste Sensorvorrichtung in einem in der Formmasse ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Klemmvorrichtung ein Abdeckmittel und mehrere Pressglieder, die sich von dem Abdeckmittel in einer zu dem Träger verlaufenden Richtung erstrecken, umfasst, wobei jedes der Pressglieder gegen eines der Halbleiter-Dies presst, wobei eine Metall-Clip an einem der Halbleiter-Dies oder der ersten Seite des Trägers befestigt ist und wobei die erste Sensorvorrichtung in einem der Pressglieder eingebettet oder daran befestigt ist.
  7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 6, wobei die erste Sensorvorrichtung an einer dem Träger zugekehrten Oberfläche eines der Pressglieder befestigt ist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 6, wobei die Klemmvorrichtung ferner eine oder mehrere Druckfedern neben den Pressgliedern umfasst.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 6, ferner umfassend: Signalpins, die innerhalb des Leistungshalbeitermoduls zwischen dem Träger und dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingeschlossen sind, wobei die Signalpins dazu konfiguriert sind, Signalverbindungen mit den Halbleiter-Dies und/oder der ersten Sensorvorrichtung bereitzustellen; und eine Signalführungsstruktur, die in dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist, wobei die Signalpins mit der Signalführungsstruktur verbunden sind und daran enden, wobei die Signalführungsstruktur dazu konfiguriert ist, die Signalverbindungen zu einem Verbinder zu führen, der an einer dem Träger abgekehrten Seite des Abdeckmittels zugänglich ist.
  10. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 9, wobei die Signalführungsstruktur eine Platine ist.
  11. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 9, wobei die Signalpins in die Signalführungsstruktur eingepresst sind.
  12. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die erste Sensorvorrichtung Anschlüsse umfasst, die sich in einer von dem Träger weg verlaufenden Richtung durch die Klemmvorrichtung erstrecken.
  13. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 12, wobei die erste Sensorvorrichtung ein Sensor-Die umfasst, das an einer Platine befestigt ist, und wobei die Anschlüsse an einem ersten Ende an der Platine befestigt sind und an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende durch die Klemmvorrichtung hervorragen.
  14. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 12, wobei die erste Sensorvorrichtung eine Durchgangslochkomponente ist und wobei die Anschlüsse Verbindungen für die Durchgangslochkomponente bereitstellen, die durch die Klemmvorrichtung hervorragen.
  15. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die erste Sensorvorrichtung dazu konfiguriert ist, mindestens eines von Temperatur, Druck, Kraft und Strom zu erfassen.
  16. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Sensorvorrichtung, die in einem anderen Teil der Klemmvorrichtung als die erste Sensorvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist.
  17. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die erste Sensorvorrichtung ein elektrisches Potenzial von dem Träger empfängt.
  18. Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Träger; mehrere Halbleiter-Dies, die an einer ersten Seite des Trägers befestigt und elektrisch verbunden sind, um eine Schaltung oder einen Teil einer Schaltung zu bilden; eine Kühlvorrichtung an einer zweiten Seite des Trägers gegenüber der ersten Seite; eine Klemmvorrichtung, die an der Kühlvorrichtung befestigt ist und den Träger zu der Kühlvorrichtung presst, so dass die zweite Seite des Trägers mit der Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt ist, ohne eine dazwischenliegende Bodenplatte zwischen dem Träger und der Kühlvorrichtung aufzuweisen; wobei die Klemmvorrichtung ein Abdeckmittel und mehrere Pressglieder, die sich von dem Abdeckmittel in Richtung des Trägers erstrecken, umfasst, wobei jedes der Pressglieder gegen eines der Halbleiter-Dies presst, wobei eine Metall-Clip an eines der Halbleiter-Dies oder der ersten Seite des Trägers befestigt ist; Signalpins, die innerhalb des Leistungshalbeitermoduls zwischen dem Träger und dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingeschlossen sind, wobei die Signalpins dazu konfiguriert sind, Signalverbindungen mit den Halbleiter-Dies bereitzustellen; und eine Signalführungsstruktur, die in dem Abdeckmittel der Klemmvorrichtung eingebettet oder daran befestigt ist, wobei die Signalpins mit der Signalführungsstruktur verbunden sind und daran enden, wobei die Signalführungsstruktur dazu konfiguriert ist, die Signalverbindungen zu einem Verbinder zu führen, der an einer dem Träger abgekehrten Seite des Abdeckmittels zugänglich ist.
  19. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 18, wobei die Signalführungsstruktur eine Platine ist.
  20. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 18, wobei die Signalpins in die Signalführungsstruktur eingepresst sind.
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